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专利号: 2016101447844
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2025-04-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.无线传感网络中基于多示例多标记学习的区域监测方法,其特征在于:包括两个过程:预测模型构建、网络状态预测与模型更新,所述模型构建过程如下:

(1)收集T个时刻的传感网络数据,构成数据集Do={(Nt,Yt),t=1,2,...,T},Nt={st,1,st,2,...,st,i,...,st,M}表示时刻t时传感器网络收集到的数据,st,i表示时刻t时第i个传感器收集的数据,M为整个传感器网络的传感器的总数,Yt={yt,1,yt,2,...,yt,l,...,yt,L}表示时刻t时传感器网络的状态向量,Yt有L种需要监测的状态yt,l,l=1,2,…,L,yt,l的取值由人为判断,yt,l取1表示传感器网络正处于l状态,否则yt,l取0;

(2)利用最大似然估计求解数据集Do的混合高斯模型;

(3)对Do中的所有Nt,利用基于混合高斯模型的Fisher Kernel核函数,将多示例数据Nt映射成单示例数据ft,从而得到数据集D={(ft,Yt),t=1,2,...,T};其中,将多示例数据映射成单示例数据的具体过程如下:对于某个多示例数据N={s1,s2,...,si,...,sM},设整个样本集的概率密度函数p为混合高斯模型,则N取自该混合高斯模型的概率:式(1a)中,λ为在样本集上进行最大似然估计得到混合高斯模型的参数,λ={ωk,μk,Σk,k=1,...,K},K为混合高斯模型当中包含单高斯模型的个数,ωk代表第k个高斯模型占整个混合高斯模型的权重,且满足: μk和Σk分别为第k个高斯模型的均值向量和方差向量;

设pk为第k个高斯模型的概率密度函数,则有:

式(2a)中,d为传感器数据si的维度数目,由贝叶斯定理得到第i个示例取自第k个高斯分布的概率:根据γi(k)求得N的Fisher向量

(4)利用MMD(Maximum Mean Discrepancy,最大平均损失)数据集成技术,将数据集D中的冗余数据筛除,得到D的子数据集Dsub;其具体过程如下:对于一个数据集D={N1,N2,...,NT},它的子集Dsub={αtNt|Nt∈D,t=1,...,T,αt∈{0,

1}},αt为样本选择权重,当子集Dsub中包含了Nt时,αt取1,否则αt取0;

将数据集D和Dsub之间的最大平均损失平方的最小值作为目标函数:s.t.Ts=||α||1,α=(α1,α2,...,αT)  (5a)式(5a)中,N′t表示取自子集Dsub的数据包,Ts为Dsub中的样本个数, 是自变量为Nt的非线性特征映射函数;

求出式(5a)的局部最优解,并根据人为设定的阈值σ,得到Dsub={Nt|αt>σ};

(5)以Dsub为训练集,训练一个基于快速多示例多标记分类算法的预测模型Yt=Fy(ft),清空数据集D;其具体过程如下:(a)从Dsub中随机抽取一个样本ft和它的一个相关标记y∈{yt,l|yt,l∈Yt,yt,l=1},计算ft对标记y的打分值Fy(ft)=ωyWft,其中,ωy是标记y的权重向量,W是信息提取矩阵,用来对ft降维;

(b)从ft的标记集合中随机抽取一个无关标记 计算

如果 无关标记 没有违规,返回步骤(b);如果

是一个违规的无关标记,记下当前总共抽样次数v,转到步骤(c);

(c)根据抽样次数v估计模型的误差,利用误差对参数ωy, W更新;首先估计模型的误差:然后利用误差error(ft,y)构建基于三元组 的损失函数:求解梯度,更新参数 ωy,W:

ωy=ωy+γ*error(ft,y)*Wft

上式中,γ为随机梯度下降法的学习速率;

(d)判断模型是否收敛,如果否,返回步骤(a),如果是,输出最终模型,结束训练;

所述模型更新与网络状态预测过程如下:

(i)收集任意时刻的传感网络数据,利用Fisher Kernel核函数得到其单示例数据ft;

(ii)将ft输入到预测模型Yt=Fy(ft)中,估测出网络当前所处状态Yt,根据估测状态,管理者做出响应动作,同时对Yt进行人工校验、更正,并将(ft,Yt)存入数据集D中;

(iii)重复步骤(ⅰ)、(ⅱ),直到收集总共T个时刻的传感网络数据,构成新的数据集D={(ft,Yt),t=1,...,T};

(iv)利用MMD数据集成技术,将数据集D中的冗余数据筛除,重新得到D的子数据集Dsub;

(v)根据Dsub更新预测模型Yt=Fy(ft),清空数据集D。